В настоящее время сельскохозяйственные почвы по всему миру подвергаются всё большему загрязнению тяжёлыми металлами, включая кадмий, свинец, хром и мышьяк. Эти токсичные элементы, которые часто попадают в почву из промышленных сточных вод, удобрений и навоза, способны накапливаться в сельскохозяйственных культурах и представлять опасность для здоровья людей через пищевую цепь. Продолжительное воздействие данных веществ может вызывать поражение почек, остеопороз и даже онкологические заболевания. В связи с этим, обеспечение безопасности почвы и продуктов питания стало важной задачей мирового масштаба.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Agricultural Ecology and Environment, учёные рассмотрели перспективную стратегию борьбы с этим кризисом: использование биоугля с легирующими элементами для нейтрализации токсичных металлов в почвах сельскохозяйственных угодий.
Биоуголь, материал, напоминающий древесный уголь и получаемый из растительных отходов, например, рисовой шелухи или кожуры фруктов, известен как доступная и экологически безопасная добавка к почве. Однако «традиционный» биоуголь не всегда эффективен в поглощении тяжёлых металлов. Для решения этой проблемы исследователи модифицируют биоуголь, вводя в его состав такие элементы, как азот, кислород, сера и фосфор. Эти модифицированные версии содержат на своей поверхности особые химические соединения, которые создают дополнительные участки для связывания тяжёлых металлов, что усиливает их способность удерживать загрязнения в почве и уменьшает их перемещение.
«По словам автора исследования Ин Чжана, изменение структуры биоугля позволяет существенно повысить его способность удерживать тяжёлые металлы, что способствует безопасности сельскохозяйственных угодий и обеспечивает получение здорового урожая.
В статье описывается принцип действия различных легирующих добавок:
- Биоуголь, легированный азотом содержит активные азотные группы, которые образуют прочные связи с такими металлами, как кадмий.
- Биоуголь, обогащённый кислородом увеличивает количество карбоксильных и гидроксильных групп, которые притягивают свинец и хром.
- Биоуголь, легированный серой связывает ртуть и кадмий за счёт стабильных серо-металлических взаимодействий.
- Биоуголь, обогащённый фосфором не только связывает токсичные металлы, но и помогает растениям получать необходимые питательные вещества.
Помимо лабораторных испытаний, многообещающие результаты были получены при проведении полевых испытаний. Так, биоуголь, обогащенный фосфором, уменьшает вымывание свинца и кадмия из почвы, а применение многоэлементного обогащения стимулирует рост сельскохозяйственных культур благодаря снижению токсичности металлов.
По мнению авторов, использование биоугля, обогащённого определёнными элементами, представляет собой не кратковременное, а эффективное и пригодное для широкого применения средство для обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства. Преобразование сельскохозяйственных отходов в полезные добавки для почвы позволяет не только утилизировать их, но и уменьшить загрязнение окружающей среды, а также стимулировать развитие экономики замкнутого цикла.
Учёные настаивают на необходимости дополнительных проверок в условиях реального земледелия для оценки долгосрочной устойчивости биоугля в разных сельскохозяйственных зонах. Кроме того, они рекомендуют исследовать возможности комплексного улучшения для повышения его эффективности. «Данная технология позволяет преобразовывать загрязнённые сельскохозяйственные земли в безопасные и продуктивные почвы, – отметил Чжан. – Это важный прогресс в деле обеспечения продовольственной безопасности и экологической устойчивости».
[Фото: Цзяньхуа Цю, Хонгсюань Чжу, Мэннин Ван, Жуй Юй, Сыци Ван, Тяньци Лю, Юэ Тао, Сыюэ Хань & Ин Чжан ]